分布式电源对配电网继电保护的影响分析

边光瀛

（国网天津静海供电有限公司，天津 301600）

分布式电源对配电网继电保护的影响分析

边光瀛

（国网天津静海供电有限公司，天津 301600）

介绍了分布式电源的优点及其对配电网继电保护的影响，通过模拟分布式电源并网运行对目前常用保护的影响情况，利用PSASP软件仿真研究了改变分布式电源容量和接入位置后对三段式电流保护的不同影响,并提出了相应的对策措施。

分布式电源；配电网；防真分析；电流保护

1 分布式电源的优点

分布式电源是指功率在数kW到100 MW范围内，呈模块式并分布在负荷附近的清洁环保发电设施，它能够经济、高效、可靠地发电。分布式电源发电是区别于传统集中发电、远距离传输、大互联网络的发电形式，也称为嵌入式发电(embedded generation)、分散式发电(dispersed generation)或非集中式发电(decentralized generation)。

在能源危机不断加深与环境压力不断加大的情况下，分布式电源发电技术不仅变得种类丰富而且功能强大。

分布式电源具有如下优点：

(1) 距负荷的电气距离短，可以及时跟踪用户的负荷变动需求，有助于系统调峰，并可提供黑启动服务；

(2) 分担一部分传统发电厂的负荷，可以延缓大规模发电厂的投资建设；

(3) 减少线路上传送的功率，降低由输电造成的损耗，延长线路的使用寿命。

近年来随着国家电网公司Q/GDW 666—2011标准和一系列并网方案的推出，民用太阳能发电发展越来越快，这对局部的供电质量和供电可靠性是有益的。然而，DG(分布式电源)的这些积极作用在实际中并不易实现，它要求必须具有可靠性高、调度性好且合适的接入位置和容量，此外还需满足其他一些运行限制，如需要集成监测与控制技术、变电站自动化技术，以控制不同的潮流和计划备用容量来补偿间歇性发电。

2 分布式电源对配电网继电保护的影响

配电网中常见的保护是三段式电流保护，它的动作是由突然增大的电流触发的。随着分布式电源的接入，配电网的故障特性发生了很大变化。

分布式电源接入配电网，在故障发生时相当于引入了额外的故障电流和潜在的双向故障电流。由于分布式电源的助增或分流作用，流过保护装置的故障电流可能增大或减小，它将改变保护的范围和灵敏度，给各线路继电保护的上下级配合带来一定影响。

配电网是单端电源供电，因此配电网的继电保护没有方向元件。在接入分布式电源后，配电网某些部分将变为双端电源供电。在分布式电源节点上游线路发生故障时，由分布式电源提供的故障电流从负荷侧流向系统侧，即在保护装置下游接有分布式电源时，在保护的下游或上游发生故障，都有故障电流流过保护；由于传统电流保护没有方向元件，一旦故障电流超过整定值，保护动作将失去选择性。下面通过具体的仿真算例进行分析。

3 仿真分析

3.1 仿真环境和边界条件

本文仿真环境是中国电科院软件PSASP，分布式电源的模型采用一个直流恒压源经电压型逆变器连接至配电网上，电压型逆变器是光伏并网发电的主要选择，其故障电流的注入能力低于同步电机，故障电流的持续时间取决于控制装置。仿真所用的10 kV配电系统模型如图1所示，母线A～G均为10 kV母线，其中母线E，F，G只带负荷和下级线路；母线B，C，D除带负荷外，可能连接DG。由于10 kV配电网距系统电源的电气距离较远，在最大运行方式和最小运行方式下的短路容量没有太大变化，因此，该10 kV变电站母线的短路容量在这2种运行方式下都取250 MVA，并用其来表示继电保护计算中的短路水平。表1为配电网每段线路的长度及阻抗。表2是此配电网络的三段式电流保护定值、保护范围和灵敏度校验及动作时限。

图1 10 kV配电系统模型

表1 10 kV配电网线路参数

表2 10 kV配电网线路继保参数

DG接入馈线后，影响保护的因素很多，如DG容量、类型、接入位置等，且对电流保护的配合、灵敏度等都会产生影响，下面分别进行仿真分析。

3.2 DG容量对保护的影响

DG接入点不变，其容量发生改变，对配电网进行短路计算。由于短路条件越恶劣，对配电网继电保护的影响越大，因此下面的短路计算是在系统以最大运行方式下发生3相短路的情况下进行的。改变连接在母线B上的DG容量，计算在DG下游短路时故障电流的分布情况，其结果如图2所示。

图2 同一母线不同容量分布式电源的短路电流

仿真结果表明，随着DG容量的增大，它所提供的BC，CD短路电流逐渐增大，流过DG下游保护L2的短路电流增大，其保护范围增大；当DG容量大于某个值时，L2的速断保护范围将伸入下一级线路，保护失去选择性。而流过DG上游保护L1的AB短路电流减小，其Ⅱ，Ⅲ段保护范围缩小。

3.3 DG接入位置对保护的影响

选取相同容量逆变并网型DG连接在配网的不同位置，观察配电网络的短路电流分布。例如取DG容量为15 MVA，其接入位置在线路Ll，L2上变化，当L2末端发生3相短路时，其短路电流分布如表3所示。

表3 同一容量不同位置分布式电源接入时的短路电流

仿真结果表明，在不改变DG容量的情况下，改变DG的接入位置将对配电网的短路电流分布产生较大影响。当DG接入位置在线路Ll，L2上变化，在线路L2末端发生故障时，随着DG接入位置从首端向末端变化的过程，DG的注入电流IDG逐渐增大。当DG连接在L1上时，DG位于保护L2的上游，由于DG的助增电流使得流过L2的故障电流IL2增大，故障电流大于未接DG时线路末端故障流过L2的故障电流，因此它将增大L1电流保护的保护范围；当DG连接在L2上时，DG位于保护L2的下游，在线路末端发生故障时，流经故障点的故障电流仍然增大，但是由于DG的分流作用，使得流过L2的故障电流要小于在未接DG时的相同故障情况下流过L2的故障电流，因此它将减小L2电流保护的保护范围，且DG接入点离保护越近，其影响越大。

4 仿真结果

DG对三段式电流保护动作行为的影响主要表现如下。

4.1 导致本馈线保护的灵敏度提高及误动

当DG下游线路(如L3)发生故障时(见图1)，在接入DG之前，该馈线的保护感受到的故障电流只由系统提供，接入DG之后，DG和系统都会对故障点提供短路电流，DG下游的保护感受到的故障电流比接入DG前大，导致保护的灵敏度提高，严重时将导致保护误动，失去选择性。DG的容量越大，对保护灵敏度的影响也越大。当系统侧或10 kV母线A及其他馈线(如L4)处发生故障时，在接入DG之前，该馈线的保护L1感受不到故障电流；接入DG之后，该馈线的保护将感受到DG提供的反向故障电流。由于保护不经方向闭锁，如果该电流足够大，将导致保护误动。DG的容量越大，对保护灵敏度的影响也越大。

4.2 导致其他馈线保护的灵敏度提高及误动

当系统侧或10 kV母线A及其他馈线(如L4)处发生故障时，在接入DG之前，该馈线的保护L1感受不到故障电流，接入DG之后，该馈线的保护将感受到DG提供的反向故障电流，由于保护不经方向闭锁，如果该电流足够大，将导致保护误动。DG的容量越大，对保护灵敏度的影响也越大。

5 应对措施

(1) 从减小DG的助增电流出发，在DG的并网点处串联具有可控限流功能的短路电流限流器，以减少故障时的电流，保证原有电流阶段式保护正常工作，已有的保护可不用做大的改变。

(2) 为使原有保护不作较大改动，并有较好的灵敏度和配合裕度为限制条件，计算馈线允许接入DG的容量和位置，是现阶段接纳DG的主流做法。

(3) 利用距离保护受系统运行方式影响较小，其I，II段的测量元件具有明确的方向性的特点，将距离保护应用于含DG的配电网中。

(4) 探讨智能电子装置、分布式人工智能(DAI)技术、多agent系统(MAS)以及通信技术在保护、控制新原理和方案中的应用。

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2014-11-29。

边光瀛(1989-)，男，助理工程师，主要从事变电二次继电保护工作，email：guangying_bian@163.com。